岩体剪切强度估算的3种不同方法

1 引言

由于岩体不连续【岩体不连续模拟—节理元(Shear Joint)的使用】的存在，导致岩体强度【各向异性线性强度模型(Anisotropic Linear Strength Model)】大大低于原岩强度(实验室试样的强度)，因而岩体强度的估算是岩石工程最基本也是最困难的任务之一。本文简要回顾了估算岩体强度的三种不同方法：基于连续性假设的Hoek-Brown方法、基于不连续性假设的Barton-Bandis方法以及同时考虑连续和不连续的CNI方法。

2 Hoek-Brown方法

Hoek-Brown准则【一个Hoek-Brown材料边坡稳定性的对比分析】是岩石工程最广泛使用的强度准则，Hoek-Brown准则的其中一个功能是等效成Mohr-Coulomb准则，从而计算岩体等效的粘结力和内摩擦角【三轴试验数据拟合Hoek-Brown准则的简洁方法(Best-Fit of Triaxial Lab Data)】，岩体的不连续特性隐式地包括在GSI和扰动因子D中。

3 Barton-Bandis方法

Barton是不连续方法坚定的倡导者，在他最近的文章【[岩石工程] 连续还是不连续，这是一个问题(Continuum or Discontinuum)】中，言辞激烈地抨击了连续性方法，主要是Hoek-Brown准则的使用，Barton坚决地认为，岩体不能考虑粘结力，因而他的Barton-Bandis模型其剪切强度使用节理壁的抗压强度JRC, 节理粗糙度系数JCS和残余内摩擦角来估算【岩体不连续的剪切强度 | Barton-Bandis Model】。

4 CNI方法

CNI方法【露天矿边坡设计和采矿岩石力学的传奇人物Richard D. Call(1934-2004)】既不象Hoek-Brown方法把岩体视为等效的连续性介质，也不像Barton-Bandis方法把岩体视为完全的不连续介质，而是把岩体的强度分解为原岩强度和不连续的强度，这种方法起源于Jennings的岩桥概念【岩桥破坏的等效剪切强度(Equivalent shear strength parameters) 】，最初发表在专著《(2001) Slope Stability In Surface Mining》的第四章—“Chapter 4  Managing and Analyzing Overall Pit Slopes”，后来在【露天矿边坡设计指南(Guidelines for Open Pit Slope Design)】对CNI方法作了近一步诠释。CNI同时考虑了原岩强度和不连续强度。Fracman的楔形体稳定性计算部分地类似于CNI使用的方法。

5 结束语

从学术上考虑，把岩体看作是连续性介质还是不连续介质似乎是一个值得争论的问题，但从实践的角度来看，完全没有争论的必要。工程设计本身是一种艺术而不是科学，只要符合基本的工程设计原理(最大的安全性+最小的费用)，能保证在运行期间的安全使用即可，无所谓使用什么样的假设和方法进行计算。不过，在实际项目中，应该综合考虑所有可能的因素，使用多种方法校验输入参数和稳定性分析结果。